JP2011216343A

JP2011216343A - 電池タブの製造方法と電池タブ及びそれを備えるフープ材

Info

Publication number: JP2011216343A
Application number: JP2010083641A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Mochizuki; 洋一望月; Hirohisa Akita; 裕久秋田; Masataka Okushita; 正隆奥下
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2011-10-27

Abstract

【課題】電気抵抗を抑えた電池タブの製造方法と電池タブ及びそれを備えるフープ材を提供する。
【解決手段】先端部が外部に突出するように電池外装体５に挟持され、挟持部分がヒートシールされる負極電池タブ２ａであって、化成処理層により被覆されるコーティング領域２４ａと化成処理層により被覆されない非コーティング領域２４ｂとが形成され、非コーティング領域２４ｂを電池タブ２ａの先端部において、外部端子と接続される領域近傍に形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、安定した電池性能を示す電池タブの効率的な製造方法及びその方法により製造された電池タブとそれを備えるフープ材に関するものである。

リチウムイオン電池とは、リチウム二次電池ともいわれ、液状、ゲル状又は高分子ポリマー状の電解液を持ち、正極・負極活物質が高分子ポリマーからなるものを含むものである。図９に示すように、リチウムイオン電池１の構成は、正極集電材／正極活性物質層／電解液層／負極活性物質層／負極集電材から構成される電池本体５及び、これらを包装する外装体６からなり、正極及び負極の各々に接続された負極電池タブ２ａ及び正極電池タブ２ｂは外装体６外側に突出させた状態でタブフィルム７を介して外装体６に挟持される。

ここで、負極電池タブ２ａ及び正極電池タブ２ｂは金属製であり、通常、特許文献１に示されるように正極にはアルミニウム製のタブが使用され、負極には銅製のタブが使用される。また、外装体６外部に引き出された負極電池タブ２ａ及び正極電池タブ２ｂの先端部近傍は、それぞれ外部端子と接続される。

特開２００８−１０３２９４号公報

しかし、従来リチウムイオン電池が携帯電話、ノートパソコン等の小型電化製品に用いられていたのに対し、近年、電動式自転車、自動車等に用いられる傾向にあり、それに伴い、リチウムイオン電池が大型化及び高出力化する傾向にある。そしてこれに伴い、電池タブの電気抵抗を抑え、電池タブにおける電気的エネルギーのロスを少しでも低減することが求められている。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、安定した電池性能を示す電池タブの効率的な製造方法及びその方法により製造された電池タブとそれを備えるフープ材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の構成は、先端部が外部に突出するように電池外装体に挟持され、挟持部分がヒートシールされる電池タブであって、電池タブ表面は化成処理層により被覆されるコーティング領域と、化成処理層により被覆されない非コーティング領域と、を有し、非コーティング領域が、電池タブの先端部において、外部端子と接続される領域近傍に形成されていることを特徴とする。

この構成によると、電池タブの先端部において、外部端子と接続される領域近傍は化成処理層が形成されない。これにより、外部端子を化成処理層を介在させることなく電池タブと当接させることができる。このため、化成処理層による電気抵抗の発生を抑え、電池タブにおける電気的エネルギーのロスを低減することができる。また、化成処理層を施したコーティング領域により、ヒートシール時の接着性が良好となり、電池タブの接着領域が長期にわたり安定する。

また本発明の第２の構成の電池タブは、非コーティング領域が、電池タブの先端部において、帯状に形成されていることを特徴とする。

この構成によると、帯状の非コーティング領域をマスキングテープで容易に形成することができる。

また本発明の第３の構成のフープ材は、本発明の第２の構成の電池タブが直列に複数連結された長尺帯状の金属部材であり、隣接する電池タブを切断線に沿って切断し切り離すフープ材であって、非コーティング領域が、フープ材の片側端面から所定幅で帯状に形成されていることを特徴とする。

この構成によると、フープ材を所定幅で切断して形成された電池タブの片側端面には帯状の非コーティング領域が形成される。したがって、外部端子と接続する領域近傍に化成処理層が形成されていない電池タブを大量に効率よく製造することができる。

また本発明の第４の構成の電池タブの製造方法は、長尺帯状の金属部材を片側端面から所定幅で帯状にマスキング処理する第１工程と、金属部材表面に化成処理を施す第２工程と、金属部材を所定幅で順に切断する第３工程と、を有することを特徴とする。

この構成によると、長尺帯状の金属部材を片側端面から所定幅で帯状にマスキング処理する第１工程の後、金属部材表面に化成処理を施す第２工程を経て、金属部材を所定幅で順に切断する第３工程を行なうことにより、外部端子と接続する領域近傍に化成処理層が形成されていない電池タブを大量に効率よく製造することができる。

は、本発明の電池タブの平面図である。は、本発明の電池タブの平面図である。は、本発明の電池タブの製造工程を示すフープ材の平面図である。は、本発明の電池タブの製造工程を示すフープ材の平面図である。は、本発明の電池タブの製造工程を示すフープ材の平面図である。は、本発明の電池タブの製造工程を示すフープ材の平面図である。は、本発明の電池タブの製造工程を示すフープ材の平面図である。は、本発明の電池タブの製造工程を示すフープ材の平面図である。は、従来の電池タブを用いたリチウムイオン電池の斜視図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、従来例の図９と共通する部分は同一符号を付して説明を省略する。

図１は負極電池タブ２ａの平面図であり、図２は正極電池タブ２ｂの平面図である。負極電池タブ２ａは銅を主成分とする金属部材の表裏面及び側面にニッケルメッキ層が形成されている。ニッケルと比較して電気伝導性に優れる銅を負極電池タブ２ａの中心基材とすることで、負極電池タブ２ａの電気伝導率を高めることができる。また、銅と比較して耐電解液性及び耐食性に優れるニッケルメッキ層を負極電池タブ２ａ表面に形成することにより、負極電池タブ２ａの耐電解液性及び耐食性を向上させることができる。

さらに、負極電池タブ２ａ表面は化成処理が施されたコーティング領域２４ａと化成処理層が施されていない非コーティング層２４ｂとを有し、非コーティング層２４ｂは負極電池タブ２ａの先端部において、表裏面に帯状に形成され、この領域は外部端子と接続される領域近傍を含む。これにより、外部端子が化成処理層を介在することなく負極電池タブ２ａと当接するため、化成処理層による電気抵抗の発生を抑え、電気的エネルギーのロスを低減することができる。また、化成処理が施されたコーティング領域２４ａによりタブフィルム７との接着性を安定化させるとともに、負極電池タブ２ａが電解液と水分との反応により発生するフッ化水素によって腐食して、ヒートシール部が剥離することを防止することができる。

また、正極電池タブ２ｂは、図２に示すように、アルミニウムを主成分とする金属部材で構成されるとともに、外装体６から外部に突出する部分において、金属部材の表裏面にニッケルメッキ層２３ｂが形成されている。耐食性に優れるニッケルメッキ層２３ｂは正極電池タブ２ｂと外部端子との接続領域近傍における耐食性および溶接性を付与する。また、ニッケルメッキ層２３ｂを厚く形成することにより、外部端子との接続領域近傍の耐食性および溶接性を向上させることができる。また、正極電池タブ２ｂも負極電池タブ２ａと同様に化成処理層が形成されており、外部端子との接続領域近傍には非コーティング領域２４ｂが形成されている。なお、図２では、非コーティング領域２４ｂがニッケルメッキ層２３ｂと同一領域に形成されているが、外部端子との接続領域近傍に非コーティング領域２４ｂが形成されていればよい。これにより、外部端子は化成処理層を介在することなく電池タブと当接することができ、化成処理層による正極電池タブ２ｂの電気抵抗の発生を抑え、電気的エネルギーのロスを低減することができる。なお、本発明の電池タブはニッケルメッキ層２３ｂを形成することなく、アルミニウムを主成分とする金属部材のみで構成される電池タブも技術範囲に含み、この場合、非コーティング領域２４ｂはアルミニウム部材表面に形成される。

次に、負極電池タブ２ａの製造方法について説明する。図３〜図７は、長尺帯状の金属部材であるフープ材１０の一部を長手方向に沿って示した平面図である。

まず、図３に示すように銅を主成分とする長尺帯状の金属部材の表裏面および端面にニッケルメッキ層が形成されたフープ材１０を用意し、図４に示すように、フープ材１０の表裏面に片側端面から所定幅で帯状にマスキングテープ１１を貼付けてマスキング処理した後（第１工程）、図５に示すように、フープ材１０の全面に化成処理を施して、コーティング領域２４ａを形成し（第２工程）、図６に示すように、マスキングテープ１１を剥がして非コーティング領域２４ｂを形成する。そして、図７に示すように、切断線２５に沿ってフープ材１０を幅方向に所定間隔で切断する（第３工程）。これにより、外部端子との接続領域に化成処理層が形成されていない負極電池タブ２ａを大量に製造することができる。

次に、正極電池タブ２ｂの製造方法について説明する。正極電池タブ２ｂの製造工程は負極電池タブ２ａとメッキされている部分が異なることを除いて同じであり、上記負極電池タブ２ａで示した図３〜図７を援用して同じ部分については説明を省略する。

正極電池タブ２ｂは、図８に示すようにアルミニウムを主成分とする長尺帯状の金属部材の一方の端部のみに細巾状のニッケルメッキ層２３ｂが施されたフープ材１０を用意し、図４に示すように、ニッケルメッキ層２３ｂを含む領域に帯状のマスキングテープ１１を貼付けてマスキング処理した後（第１工程）、図５に示すように、フープ材１０の全面に化成処理を施して、コーティング領域２４ａを形成し（第２工程）、図６に示すように、マスキングテープ１１を剥がして非コーティング領域２４ｂを形成する。そして、図７に示すように、切断線２５に沿ってフープ材１０を幅方向に所定間隔で切断して（第３工程）する。これにより、外部端子との接続領域に化成処理層が形成されていない正極電池タブ２ｂを大量に製造することができる。

次に、第２工程により行なわれる化成処理層について詳しく説明する。フープ材１０に行なった化成処理は、負極電池タブ２ａ及び正極電池タブ２ｂ表面に複合皮膜層を形成するための処理である。

複合皮膜層は、リチウムイオン電池１内部に密封された電解質と水分との反応で生成するフッ化水素（化学式：ＨＦ）に起因する負極電池タブ２ａ及び正極電池タブ２ｂ表面の溶解、腐食を防止するとともに、タブフィルム７と負極電池タブ２ａ及び正極電池タブ２ｂとの接着性（濡れ性）を向上させ、剥離を防止するものである。

しかし、これら電池タブ表面には、オイルの付着あるいは、ニッケルの酸化物が形成されていることが多い。そして、そのまま複合皮膜層を形成すると、電池タブはタブフィルムとの接着性が不安定となり、長期にわたる使用において剥離するおそれがある。その対策として、複合皮膜層の形成の前処理として、フープ材１０に化学的処理または物理的処理あるいはその組み合わせによる処理を施すことによって複合皮膜層のフープ材１０への接着がより安定したものとなる。
［化学的処理］

化学的処理は、フープ材１０の脱脂と洗浄を目的とする処理であって、脱脂には、アルカリ処理と炭化水素処理がある。そして、洗浄には酸による洗浄とクロム酸洗浄がある。また、物理的処理は、フープ材１０表面に対する複合皮膜層の接着性の向上のために行うもので、ニッケル部材またはニッケルメッキ層表面を粗面化することにより複合皮膜層の接着性を向上させ、耐電解液性を向上する方法である。以下、具体的に説明する。

脱脂処理としてアルカリ物質を用いる場合、具体的にはオルソケイ酸ソーダ、メタケイ酸ソーダ、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸四ナトリウム、セスキ炭酸ソーダ、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等を用いることができる。処理は前記物質の水溶液に浸漬する方法、前記水溶液を吹き付け、コーティング等をした後、酸洗浄または重クロム酸により洗浄し、更に純水により洗浄し乾燥する。酸洗浄に用いる具体的な物質と使用時の濃度（括弧内）は、塩酸（５％）、クエン酸（３）、硫酸（１０）、スルファミン酸（１０％）、リン酸（１５％）、ギ酸（２％）、シュウ酸（５％）等が利用できる。

脱脂処理として用いる炭化水素としては、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、べンゼン、トルエン、ヘキサン等である。脱脂後には、アルカリ脱脂の場合同様、酸洗い後、純水による洗浄をすることが好ましい。
［物理的処理］

フープ材１０表面に設ける複合皮膜層の接着を向上する方法として、フープ材１０表面を表面研磨、フレーム処理、コロナ処理、オゾン処理、プラズマ処理の物理的処理を施すことが有効である。これらの方法はいずれもフープ材１０表面を粗面化する方法である。この物理的処理は、複合皮膜層の形成の前に単独で処理してもよいが、化学処理との組み合わせによる処理をすることが好ましい。

以上に述べた化学的処理と物理的処理とは組合せて用いることができる。組み合わせの処理としては、以下のような手順が可能で、いずれもフープ材１０表面に対してそれぞれいずれの具体的な方法を組合せてもよい。（１）脱脂処理→酸洗い→物理的処理（２）脱脂→物理的処理（３）洗浄→物理的処理
［複合皮膜層の形成］

フープ材１０表面を上記いずれかの方法によって前処理して、オイルや酸化ニッケル皮膜等を除去後、表面を乾燥して、クロム酸塩の液を用い金属表面を化成処理することによって複合皮膜層が形成される。化成処理の方法は、クロム酸塩液にニッケルタブ材を浸漬する方法、タブ材にクロム酸塩液を吹き付ける方法、ロールコート法を用いて、タブ材にクロム酸塩液をコートする等の方法および／または物理的方法によって前処理をしてから端子材にクロム酸塩液を塗布乾燥して、タブの表裏面および側面に複合皮膜層を形成するものである。

複合皮膜層の形成に用いる処理液としては、フェノール樹脂、フッ化クロム（３）化合物、リン酸からなる水溶液を用いる。ニッケル部材またはニッケルメッキ層表面に前記水溶液を塗布後、乾燥し、さらに、皮膜温度が１８０℃以上となる温度条件において焼付ける。クロムの塗布量は８〜１０ｍｇ/ｍ²（乾燥重量）程度が適当である。

脱脂処理後のフープ材１０への複合皮膜層を形成する方法は、フェノール樹脂、フッ化クロム（３）化合物、リン酸からなる水溶液を浸漬法、シャワー法、ロールコート法等を用いてタブ材の全周に塗布乾燥し、さらに熱風、遠近赤外線の照射等により皮膜を硬化させる。望ましい皮膜の塗布量は、乾燥重量として、１０ｍｇ／ｍ²程度が望ましい。更に各成分別としては、前記複合皮膜層はアミノ化フェノール重合体が１〜２００ｍｇ／ｍ²、クロム付着量が０．５〜５０ｍｇ／ｍ²かつリン付着量が０．５〜５ｍｇ／ｍ²とすることが望ましい。

また、マスキングテープ１１には化成処理時の焼付けに耐えることが可能な２００℃以上の耐熱性粘着シートを使用する。また、化成処理後にマスキングテープ１１をフープ材１０から容易に剥離できることが好ましく、具体的には、カプトン（Ｒ）フィルム（Ｎｏ．６５６４寺岡製作所製）や、スリーエム２１４−３ＭＮＥ（住友スリーエム社製）を使うことができる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以下、本発明の作用及び効果について、実施例を用いて具体的に説明する。本実施例は、電池タブの電気伝導性について評価したものである。
［正極電池タブの試料作製］

アルミニウム片（ＪＩＳ規格：Ａ１０５０Ｐ、厚さ０．２ｍｍ、２５ｍｍ×１００ｍｍ）の端面部から帯状マスキングシール（カプトン（Ｒ）フィルム、Ｎｏ．６５６４、寺岡製作所製、１００ｍｍ×８ｍｍ）を両面に貼付け、化成処理を全面に施した後、マスキングテープを剥がして、本発明１に係る正極電池タブを得た。

マスキングシールを貼付けていないアルミニウム片（ＪＩＳ規格：Ａ１０５０Ｐ、厚さ０．２ｍｍ、２５ｍｍ×１００ｍｍ）の全面に化成処理を施して、比較例１に係る正極電池タブを得た。

また、化成処理を施していないアルミニウム片（ＪＩＳ規格：Ａ１０５０Ｐ、厚さ０．２ｍｍ、２５ｍｍ×１００ｍｍ）を比較例２に係る正極電池タブとした。
［負極電池タブの試料作製］

全面にニッケルメッキ層が形成された銅片（ＪＩＳ規格：Ｃ１１００Ｒ、厚さ０．２ｍｍ、２５ｍｍ×１００ｍｍ）の端部から帯状マスキングシール（カプトン（Ｒ）フィルム、Ｎｏ．６５６４、寺岡製作所製、１００ｍｍ×８ｍｍ）を両面に貼付け、化成処理を全面に施した後、マスキングテープを剥がして、本発明２に係る負極電池タブを得た。

マスキングシールを貼付けていないニッケルメッキ層が形成された銅片（ＪＩＳ規格：Ｃ１１００Ｒ、厚さ０．２ｍｍ、２５ｍｍ×１００ｍｍ）の全面に化成処理を施して、比較例３に係る負極電池タブを得た。

また、化成処理を施していないニッケルメッキ層が形成された銅片（ＪＩＳ規格：Ｃ１１００Ｒ、厚さ０．２ｍｍ、２５ｍｍ×１００ｍｍ）を比較例４に係る負極電池タブとした。

なお、上記化成処理は、いずれも、処理液に、フェノール樹脂、フッ化クロム化合物、リン酸からなる水溶液を用い、ロールコート法により塗布し、皮膜温度が１８０℃以上となる条件において焼付けた。また、各試料クロムの塗布量は表１に記載する。
［電気伝導性の評価］

上記方法により作製した本発明１、２及び比較例１〜４に係る電池タブの表面抵抗を測定して、各１０個の試料の平均を表１に示す。本発明１、２に係る電池タブは化成処理が施されていない領域に測定器（ロレスターＥＰ（ＡＰプロープ使用）、三菱化学社製）のプローブを接続して測定した。表１に示すように、本発明１、２に係る電池タブは化成処理を施していない比較例２、４に係る電池タブと同程度の表面抵抗値を示すことがわかった。また、本発明１、２に係る電池タブに貼り付けたマスキングテープの剥離力を測定した値を表１に示す。この値から、化成処理後もマスキングテープを容易に剥離することができることがわかった。

本発明の電池タブ製造方法により電池タブを製造することにより、エネルギー貯蔵用や電気自動車用の電源として好適な、耐久性、安全性の高い大型のリチウムイオン電池に用いることができる電池タブを安価で提供することができる。

１リチウムイオン電池
５リチウムイオン電池本体
６外装体
７タブフィルム
１０フープ材
１１マスキングテープ
２２ａ負極電池タブ
２２ｂ正極電池タブ
２３ｂニッケルメッキ層
２４ａコーティング領域（化成処理層）
２４ｂ非コーティング領域
２５切断線

Claims

先端部が外部に突出するように電池外装体に挟持され、前記挟持部分がヒートシールされる電池タブであって、
前記電池タブ表面は化成処理層により被覆されるコーティング領域と、
前記化成処理層により被覆されない非コーティング領域と、を有し、
前記非コーティング領域が、前記電池タブの先端部において、外部端子と接続される領域近傍に形成されていることを特徴とする電池タブ。
前記非コーティング領域が、前記電池タブの先端部において、帯状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池タブ。
請求項２に記載の電池タブが直列に複数連結された長尺帯状の金属部材であり、
隣接する前記電池タブを切断線に沿って切断し切り離すフープ材であって、
非コーティング領域が、前記フープ材の片側端面から所定幅で帯状に形成されていることを特徴とするフープ材。
長尺帯状の金属部材を片側端面から所定幅で帯状にマスキング処理する第１工程と、
前記金属部材表面に化成処理を施す第２工程と、
前記金属部材を所定幅で順に切断する第３工程と、を有することを特徴とする電池タブの製造方法。